WO2012107145A1 - Vorrichtung und verfahren zur entladung eines energiespeichers in einem hochvoltnetz - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur entladung eines energiespeichers in einem hochvoltnetz Download PDF

Info

Publication number
WO2012107145A1
WO2012107145A1 PCT/EP2011/074215 EP2011074215W WO2012107145A1 WO 2012107145 A1 WO2012107145 A1 WO 2012107145A1 EP 2011074215 W EP2011074215 W EP 2011074215W WO 2012107145 A1 WO2012107145 A1 WO 2012107145A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
low
voltage
converter
network
voltage network
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/074215
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Peuser
Jochen Fassnacht
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to US13/984,064 priority Critical patent/US9948093B2/en
Priority to CN201180066979.7A priority patent/CN103347727B/zh
Publication of WO2012107145A1 publication Critical patent/WO2012107145A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0046—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/04—Cutting off the power supply under fault conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2270/00—Problem solutions or means not otherwise provided for
    • B60L2270/20—Inrush current reduction, i.e. avoiding high currents when connecting the battery

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for discharging an energy store, in particular a DC link capacitor, in a high-voltage network, in particular a DC voltage intermediate circuit in a motor vehicle.
  • Fuel cell power usually voltages are used, which can be several 100 volts. Voltages greater than 60 volts are referred to as "high-voltage.” For reasons of personal safety, high-voltage vehicle electrical systems must be able to be switched off in motor vehicles and discharged within a predetermined period of time.For this purpose, known high-voltage vehicle electrical systems include active and / or passive discharging devices In the simplest case, the high-voltage vehicle electrical system in a hybrid vehicle or a motor vehicle with an electric or fuel cell drive-often referred to as a direct voltage intermediate circuit-comprises a power source in the form of a battery, a voltage converter with a
  • DC intermediate circuit capacitor which serves as a buffer capacitor for stabilizing the operating voltage of electrical loads, one or more electrical machines and other high-voltage consumers.
  • High-voltage network in particular a DC voltage intermediate circuit, which is connectable to an energy source via at least one Wderstand, known in which the at least one resistor as a common
  • Discharging an electrical network or an electrical component, comprising a switchable resistor, provides that the switchable
  • Resistor comprises a PTC resistor and a switch, which are thermally coupled, and that the control terminal of the switch with the
  • Machine is connected and via a DC-DC converter with a further electric charge storage, in particular one
  • the DC-DC converter comprises means which cause a rapid discharge of the capacitor with appropriate control of the DC-DC converter.
  • the DC-DC converter on the battery side to take over the degraded electrical power, a resistor is switched by means of a switch.
  • the present invention provides an apparatus for discharging a
  • Power supply network for supplying power to a control circuit of the
  • Low-voltage network of DC-DC converters and the power grid from the low-voltage network are separable.
  • the present invention further provides a method for discharging a
  • High-voltage network in particular a DC voltage intermediate circuit in one
  • Power supply network to be separated from the low-voltage network.
  • the device according to the invention is based on the basic idea of realizing the power supply to a control circuit of the DC-DC converter in such a way that it is maintained even when the low-voltage network, e.g. a 12V vehicle electrical system, e.g. is disturbed as a result of an accident.
  • the disturbance can be e.g. occur in the form of a short circuit or in the form of a voltage drop in the low-voltage network. Consequently, the control circuit of the DC-DC converter remains functional even in the case of a disturbed low-voltage network and can also be removed from the energy store to be discharged, in the event of a necessary emergency rapid discharge, for example. the DC link capacitor, are fed and this will be discharged.
  • the DC link capacitor are fed and this will be discharged.
  • DC voltage converter can increase the power supply network via a first electrical component, which prevents a backflow of power from the power supply network in the DC-DC converter, with the
  • the power supply network is therefore connected to the low-voltage network via a second electrical component which prevents a backflow of current from the energy supply network into the low-voltage network. In this way, the control circuit of the
  • the first and / or the second electrical component which a
  • diodes To prevent energy return to the DC-DC converter or the low-voltage network, designed as diodes.
  • Schottky diodes can advantageously be used, since they have a low on-resistance.
  • controllable switching elements e.g. in
  • Form of transistors are used as first and / or second electrical components. These also have a low on resistance and thus contribute to the loss reduction.
  • the first controllable switching element which for separating the low-voltage network of the
  • DC-DC converter and the power supply network is used at the same time as polarity reversal protection.
  • Reverse polarity can be e.g. in the context of a foreign start or by another caused
  • DC-DC converters can be designed to be polarity-reversible up to a certain current level and for a limited time, but in order to avoid permanent damage to the DC-DC converter, it makes sense to provide polarity reversal protection on the low-voltage side of the DC-DC converter.
  • reverse polarity protection is in the form of a polarity reversal protection transistor anyway provided. This can then be used at no extra cost
  • the high-voltage network is connected to an electrical machine via an inverter, in particular a pulse-controlled inverter.
  • an inverter in particular a pulse-controlled inverter.
  • the control circuit of the inverter remains in disturbed low-voltage network
  • this has the advantage that, in the case of a necessary emergency rapid discharge, the latter can be discharged from the energy store to be discharged, that is to say e.g. the DC link capacitor, fed and this can be additionally discharged.
  • the functional control circuit can also be used to bring the electrical machine into safe operation, e.g. in the form of an active short circuit.
  • Energy supply network also for supplying energy to other electrical consumers.
  • these additional consumers can be used in case of need (emergency rapid discharge) to discharge the energy storage to be discharged.
  • the energy supply network is connected to the low-voltage network via a third controllable switching element, which prevents a backflow of electricity from the energy supply network into the low-voltage network, it is provided according to an embodiment of the method according to the invention that the third controllable switching element for starting up the system in the absence of charge the energy storage is closed.
  • Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of a device according to the invention for discharging a
  • Figure 2 is a schematic representation of a second embodiment of a device according to the invention for discharging a
  • Figure 3 is a schematic representation of a second embodiment of a device according to the invention for discharging a
  • An electric machine 1 is connected via an inverter 2, e.g. in the form of a pulse inverter, with a high-voltage network 3, often as
  • the high-voltage network can be, for example, a high-voltage vehicle network of a hybrid, electric or fuel cell vehicle.
  • the high-voltage network 3 has an energy store in the form of a DC link capacitor C, which is usually used as a buffer capacitor to stabilize the operating voltage of connected to the high-voltage network 3 consumers.
  • the connection between the high-voltage network 3 and a low-voltage network 4 is made via a DC-DC converter (DC / DC converter) 5.
  • Low-voltage network 4 includes a charge storage in the form of a
  • Low-voltage battery 6 and, for example, a consumer V.
  • High voltage network 3 from the high voltage power source in the
  • a first controllable switching element S in the form of a transistor is provided in the connecting line between the DC-DC converter 5 and the low-voltage network 4. Since this transistor can also be used to realize a polarity reversal protection, it is often referred to as reverse polarity protection transistor.
  • Parallel to the low-voltage network 4 is a
  • the power supply network 7 comprises an energy store in the form of a buffer capacitor 8 and serves to supply power to a control circuit 9 for controlling the
  • DC-DC converter 5 To the power supply network 7, other control circuits, such. a control circuit for the inverter 2, as well as other consumers not shown to be connected.
  • the power supply network 7 is connected on the one hand to the reference potential, in the illustrated embodiment of the mass. On the other hand, the power supply network 7 via a first diode 10 to the output of
  • Power supply network is arranged.
  • the two diodes 10 and 1 1 each prevent an energy return from the power supply network 7 in the DC-DC converter 5 and in the low-voltage network 4th
  • a fault in the form of a voltage dip can be diagnosed, for example, when the voltage of the low-voltage network for a predetermined
  • Time span falls below a voltage threshold. It can the
  • Voltage threshold also be predefined depending on other operating parameters of the overall system.
  • the DC link capacitor C is initially not charged.
  • Power supply network 7 is charged via the second diode 11 from the low-voltage network 4 and thus supplies the control circuit 8 and possibly other control circuits and consumers with energy.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the device according to the invention. This differs from the first embodiment only in that the two diodes 10 and 11 by a second controllable switching element 20 and a third controllable switching element 21, e.g. in the form of transistors, are replaced. These switching elements 20 and 21 are essentially used to an energy return from the power grid 7 in the
  • the two switching elements 20 and 21 take over insofar a diode-like function. However, the switching elements 20, 21 have a very small
  • the first switching element S polarity reversal protection transistor
  • the second switching element 20 are closed or switched, whereas the third switching element 21 is opened or closed. If a fault occurs in the low-voltage network 4, then the polarity reversal protection transistor is opened analogously to the first embodiment and in this way the low-voltage network 4 is disconnected from the DC-DC converter 5 and from the energy supply network 7. A discharge of the DC link capacitor C is then in analog
  • the second switching element 20 can be opened and the third switching element 21 are closed, so that the Pufferkondenstor 8 of the power supply network 7 in turn loaded from the low-voltage network 4 and thus the control circuit 8 and possibly other control circuits and consumers can be supplied with energy.
  • FIG. 3 shows a corresponding third embodiment.
  • the energy supply network 7 is analogously to the first embodiment via the second diode 1 1 connected to the low-voltage network 4.
  • Embodiment differs insofar only from the first embodiment shown in Figure 1 that the first diode 10 is omitted.
  • the second diode 1 1 can also be replaced in this case by a controllable switching element, analogous to the second embodiment.
  • Power supply network 7 can be separated from the DC-DC converter 5 and that an energy return from the power grid 7 is reliably prevented.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entladung eines Energiespeichers (C), insbesondere eines Zwischenkreiskondensators, in einem Hochvoltnetz (3), insbesondere einem Gleichspannungszwischenkreis in einem Kraftfahrzeug, mit einem dem Hochvoltnetz (3) nachgeschalteten Gleichspannungswandler (5), einem dem Gleichspannungswandler (5) nachgeschalteten Niedervoltnetz (4), einem dem Gleichspannungswandler (5) nachgeschalteten und parallel zu dem Niedervoltnetz (4) geschalteten Energieversorgungsnetz (7) zur Energieversorgung einer Steuerschaltung (9) des Gleichspannungswandlers (5) und einem ersten steuerbaren Schaltelement (S), welches in die Verbindungsleitung zwischen den Gleichspannungswandler (5) und das Niedervoltnetz (4) geschaltet ist und durch welches bei einer Störung des Niedervoltnetzes (4) der Gleichspannungswandler (5) und das Energieversorgungsnetz (7) von dem Niedervoltnetz (4) trennbar sind. Das Energieversorgungsnetz (7) ist dabei über ein erstes elektrisches Bauelement (10; 20), welches einen Rückfluss von Strom aus dem Energieversorgungsnetz (7) in den Gleichspannungswandler (5) verhindert, mit dem Gleichspannungswandler (5) verbunden.

Description

Beschreibung Titel
Vorrichtung und Verfahren zur Entladung eines Energiespeichers in einem Hochvoltnetz
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entladung eines Energiespeichers, insbesondere eines Zwischenkreiskondensators, in einem Hochvoltnetz, insbesondere einem Gleichspannungszwischenkreis in einem Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
Bei Hybridfahrzeugen oder Kraftfahrzeugen mit Elektro- oder
Brennstoffzellenantrieb werden in der Regel Spannungen eingesetzt, die mehrere 100 Volt betragen können. Spannungen, die größer als 60 Volt werden dabei als„Hochvolt" bezeichnet. Aus Gründen der Personensicherheit müssen Hochvolt-Bordnetze in Kraftfahrzeugen abschaltbar sein und innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne entladen werden können. Zu diesem Zweck umfassen bekannte Hochvolt-Bordnetze aktive und/oder passive Entladevorrichtungen. Das Hochvoltbordnetz in einem Hybridfahrzeug oder einem Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Brennstoffzellenantrieb - häufig auch als Gleichspannungszwischenkreis bezeichnet - umfasst im einfachsten Fall eine Energiequelle in Form einer Batterie, einen Spannungsumrichter mit einem
Gleichspannungszwischenkreiskondensator, welcher als Pufferkondensator zur Stabilisierung der Betriebsspannung von elektrischen Verbrauchern dient, einen oder mehrere elektrische Maschinen sowie weitere Hochspannungsverbraucher. Nach einer Trennung des Hochvoltnetzes von der Energiequelle, welche zum Beispiel durch ein Abziehen der entsprechenden Steckverbindung im Rahmen von Wartungsarbeiten oder auch durch einen Unfall bewirkt werden kann, müssen alle Energiespeicher, welche an das Hochvoltnetz oder den
Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen sind, entladen werden
(Notschnellentladung). Als Energiespeicher können dabei Kapazitäten, wie z.B. ein Zwischenkreiskondensator, oder beispielsweise auch ausdrehende Motoren fungieren. Eine übliche passive Entladevorrichtung, also eine Entladevorrichtung, deren Funktion auch bei Wegfall aller Versorgungs- und Steuerleitungen gewährleistet ist, sieht dabei im einfachsten Fall einen ohmschen
Entladewiderstand vor, welcher permanent parallel zum
Zwischenkreiskondensator geschaltet ist.
Aus der DE 10 2007 047 713 A1 ist ein Verfahren zur Entladung eines
Hochspannungsnetzes, insbesondere eines Gleichspannungszwischenkreises, welches mit einer Energiequelle über wenigstens einen Wderstand verbindbar ist, bekannt, bei dem der wenigstens ein Widerstand als gemeinsamer
Widerstand sowohl für den Auflade- oder Vorladevorgang als auch für den Entladevorgang der Zwischenkreiskapazitäten des
Gleichspannungszwischenkreises verwendet wird. Eine weitere aus der DE 10 2008 010 978 A1 bekannte Vorrichtung zum
Entladen eines elektrischen Netzes oder eines elektrischen Bauelements, umfassend einen schaltbaren Widerstand, sieht vor, dass der schaltbare
Widerstand einen PTC-Widerstand und einen Schalter umfasst, die thermisch gekoppelt sind, und dass der Steueranschluss des Schalters mit der
Netzspannung verbunden ist.
Aus der DE 10 2004 057 693 A1 ist eine Vorrichtung zur schnellen Entladung eines Kondensators, insbesondere eines Zwischenkreiskondensators, bekannt, wobei der Kondensator über einen Wechselrichter mit einer elektrischen
Maschine in Verbindung steht und über einen Gleichspannungswandler mit einem weiteren elektrischen Ladungsspeicher, insbesondere einer
Bordnetzbatterie, verbunden ist. Dabei umfasst der Gleichspannungswandler Mittel, die eine schnelle Entladung des Kondensators bei entsprechender Ansteuerung des Gleichspannungswandlers bewirken. Insbesondere wird dem Gleichspannungswandler batterieseitig zur Übernahme der abzubauenden elektrischen Leistung ein Widerstand mittels eines Schalters zugeschaltet.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Entladung eines
Energiespeichers, insbesondere eines Zwischenkreiskondensators, in einem Hochvoltnetz, insbesondere einem Gleichspannungszwischenkreis in einem
Kraftfahrzeug, mit einem dem Hochvoltnetz nachgeschalteten
Gleichspannungswandler, einem dem Gleichspannungswandler
nachgeschalteten Niedervoltnetz, einem dem Gleichspannungswandler
nachgeschalteten und parallel zu dem Niedervoltnetz geschalteten
Energieversorgungsnetz zur Energieversorgung einer Steuerschaltung des
Gleichspannungswandlers und einem ersten steuerbaren Schaltelement,
welches in die Verbindungsleitung zwischen dem Gleichspannungswandler und dem Niedervoltnetz geschaltet ist und durch welches bei einer Störung des
Niedervoltnetzes der Gleichspannungswandler und das Energieversorgungsnetz von dem Niedervoltnetz trennbar sind.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Entladung eines
Energiespeichers, insbesondere eines Zwischenkreiskondensators, in einem
Hochvoltnetz, insbesondere einem Gleichspannungszwischenkreis in einem
Kraftfahrzeug, unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei bei einer Störung des Niedervoltnetzes der Gleichspannungswandler und das
Energieversorgungsnetz von dem Niedervoltnetz getrennt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung basiert auf der Grundidee, die Energieversorgung einer Steuerschaltung des Gleichspannungswandlers derart zu realisieren, dass sie auch dann aufrecht erhalten bleibt, wenn das Niedervoltnetz, z.B. ein 12V-Bordnetz eines Kraftfahrzeuges, z.B. in Folge eines Unfalles gestört ist. Die Störung kann dabei z.B. in Form eines Kurzschlusses oder auch in Form eines Spannungsabfalls in dem Niedervoltnetz auftreten. Die Steuerschaltung des Gleichspannungswandlers bleibt demzufolge auch bei gestörtem Niedervoltnetz funktionsfähig und kann auch im Fall einer notwendigen Notschnellentladung aus dem zu entladenden Energiespeicher, also z.B. dem Zwischenkreiskondensator, gespeist werden und dieser dadurch entladen werden. Somit kann auf eine kostspielige zusätzliche Notenladeschaltung verzichtet werden.
Um die Systemsicherheit auch im Falle eines Kurzschlusses am Ausgang des
Gleichspannungswandlers zu erhöhen kann das Energieversorgungsnetz über ein erstes elektrisches Bauelement, welches einen Rückfluss von Strom aus dem Energieversorgungsnetz in den Gleichspannungswandler verhindert, mit dem
Gleichspannungswandler verbunden sein. Wird das System neu gestartet, so ist der Hochvoltkreis zunächst entladen. Um den Gleichspannungswandler auch beim Hochfahren des Systems steuern zu können, muss die zugehörige Steuerschaltung während des Hochfahrens anderweitig mit Energie versorgt werden. Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Energieversorgungsnetz daher über ein zweites elektrisches Bauelement, welches einen Rückfluss von Strom aus dem Energieversorgungsnetz in das Niedervoltnetz verhindert, mit dem Niedervoltnetz verbunden. Auf diese Weise kann die Steuerschaltung des
Gleichspannungswandlers während des Hochfahrens des Systems, also bei fehlender Ladung des Energiespeichers des Hochvoltnetzes, über das
Niedervoltnetz mit Energie versorgt werden.
Gemäß einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung sind das erste und/oder das zweite elektrische Bauelement, welche einen
Energierückfluss in den Gleichspannungswandler bzw. das Niedervoltnetz verhindern, als Dioden ausgeführt. Um die dabei auftretenden Verluste zu reduzieren, können vorteilhaft Schottky-Dioden eingesetzt werden, da diese einen geringen Durchlasswiderstand aufweisen. Alternativ können anstelle von Dioden auch steuerbare Schaltelemente, z.B. in
Form von Transistoren, als erste und/oder zweite elektrische Bauelemente eingesetzt werden. Auch diese weisen einen geringen Durchlasswiderstand auf und tragen damit zur Verlustreduzierung bei.
Aufgrund seiner Anordnung in der Verbindungsleitung zwischen dem
Gleichspannungswandler und dem Niedervoltnetz kann das erste steuerbare Schaltelement, welches zum Abtrennen des Niedervoltnetzes von dem
Gleichspannungswandler und dem Energieversorgungsnetz dient, zugleich als Verpolschutz genutzt werden. Zu einer Verpolung kann es z.B. im Rahmen eines Fremdstarts oder auch durch einen anderweitig verursachten
Phasentausch auf der Niedervoltseite des Gleichspannungswandlers kommen. Gleichspannungswandler können zwar bis zu einer bestimmten Stromhöhe und zeitlich begrenzt verpolsicher ausgelegt werden, um aber eine dauerhafte Schädigung des Gleichspannungswandlers zu vermeiden, ist es sinnvoll, einen Verpolschutz auf der Niedervoltseite des Gleichspannungswandlers vorzusehen. Bei vielen Systemen ist ein Verpolschutz in Form eines Verpolschutztransistors ohnehin vorgesehen. Dieser kann dann ohne zusätzliche Kosten zum
erfindungsgemäßen Abtrennen des Niedervoltnetzes genutzt werden.
Bei vielen Anwendungen, wie z.B. in Mehrspannungsbordnetzen von Hybrid- und Elektrofahrzeugen ist das Hochvoltnetz über einen Wechselrichter, insbesondere einen Pulswechselrichter, an eine elektrische Maschine angeschlossen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, auch eine Steuerschaltung des Wechselrichters aus dem Energieversorgungsnetz mit Energie zu versorgen. Somit bleibt auch die Steuerschaltung des Wechselrichters bei gestörtem Niedervoltnetz
funktionsfähig. Das hat zum Einen den Vorteil, dass diese im Fall einer notwendigen Notschnellentladung aus dem zu entladenden Energiespeicher, also z.B. dem Zwischenkreiskondensator, gespeist werden und dieser dadurch zusätzlich entladen werden kann. Zum Anderen kann die funktionsfähige Steuerschaltung auch dazu genutzt werden, die elektrische Maschine in einen sicheren Betrieb zu überführen, z.B. in Form eines aktiven Kurzschlusses.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dient das
Energieversorgungsnetz auch zur Energieversorgung weiterer elektrischer Verbraucher. In diesem Fall können auch ein oder mehrere dieser zusätzlichen Verbraucher im Bedarfsfall (Notschnellentladung) zur Entladung des zu entladenden Energiespeichers genutzt werden.
Ist das Energieversorgungsnetz über ein drittes steuerbares Schaltelement, welches einen Rückfluss von Strom aus dem Energieversorgungsnetz in das Niedervoltnetz verhindert, mit dem Niedervoltnetz verbunden, so ist es gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass das dritte steuerbare Schaltelement zum Hochfahren des Systems bei fehlender Ladung des Energiespeichers geschlossen wird.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Kurze Beschreibung der Figuren
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entladung eines
Energiespeichers eines Hochvoltnetzes,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entladung eines
Energiespeichers eines Hochvoltnetzes und
Figur 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entladung eines
Energiespeichers eines Hochvoltnetzes.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den Figuren sind identische oder funktionsgleiche Komponenten jeweils mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine elektrische Maschine 1 ist über einen Wechselrichter 2, z.B. in Form eines Pulswechselrichters, mit einem Hochvoltnetz 3, häufig auch als
Gleichspannungszwischenkreis bezeichnet, verbunden. Bei dem Hochvoltnetz kann es sich beispielsweise um ein Hochvolt- Bord netz eines Hybrid-, Elektro- oder Brennstoffzellenfahrzeuges handeln. Das Hochvoltnetz 3 weist einen Energiespeicher in Form eines Zwischenkreiskondensators C auf, welcher üblicherweise als Pufferkondensator eingesetzt wird, um die Betriebsspannung von an das Hochvoltnetz 3 angeschlossenen Verbrauchern zu stabilisieren. Die Verbindung zwischen dem Hochvoltnetz 3 und einem Niedervoltnetz 4 wird über einen Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) 5 hergestellt. Das
Niedervoltnetz 4 umfasst einen Ladungsspeicher in Form einer
Niedervoltbatterie 6 sowie beispielhaft einen Verbraucher V.
In bestimmten Situationen, wie zum Beispiel nach einem Unfall oder vor einer Wartung des Kraftfahrzeugs, kann es zu einer Trennung des Hochvoltnetzes 3 von einer nicht dargestellten Hochspannungsenergiequelle kommen. Aus Gründen der Personensicherheit muss im Falle einer Trennung des
Hochvoltnetzes 3 von der Hochspannungsenergiequelle die im
Zwischenkreiskondensator C gespeicherte Ladung schnell abgebaut werden.
Hierzu ist in der Verbindungsleitung zwischen dem Gleichspannungswandler 5 und dem Niedervoltnetz 4 ein erstes steuerbares Schaltelement S in Form eines Transistors vorgesehen. Da dieser Transistor auch zur Realisierung eines Verpolschutzes genutzt werden kann, wird er häufig auch als Verpolschutz- Transistor bezeichnet. Parallel zum Niedervoltnetz 4 ist ein
Energieversorgungsnetz 7 geschaltet. Das Energieversorgungsnetz 7 umfasst einen Energiespeicher in Form eines Pufferkondensators 8 und dient der Energieversorgung einer Steuerschaltung 9 zur Steuerung des
Gleichspannungswandlers 5. An das Energieversorgungsnetz 7 können auch weitere Steuerschaltungen, wie z.B. eine Steuerschaltung für den Wechselrichter 2, sowie weitere nicht dargestellte Verbraucher angeschlossen sein.
Das Energieversorgungsnetz 7 ist einerseits mit dem Bezugspotential, im dargestellten Ausführungsbeispiel der Masse, verbunden. Andererseits ist das Energieversorgungsnetz 7 über eine erste Diode 10 mit dem Ausgang des
Gleichspannungswandlers 5 und über eine zweite Diode 1 1 mit dem
Niedervoltnetz 4 verbunden. Es ergibt sich damit eine Schaltungstopologie, bei welcher das erste steuerbare Schaltelement S in Form des Verpolschutz- Transistors zwischen den beiden Anschlusspunkten A1 und A2 des
Energieversorgungsnetzes angeordnet ist. Die beiden Dioden 10 und 1 1 verhindern jeweils einen Energierückfluss aus dem Energieversorgungsnetz 7 in den Gleichspannungswandler 5 bzw. in das Niedervoltnetz 4.
Im normalen, das heißt störungsfreien Betrieb ist das erste steuerbare
Schaltelement S in Form des Verpolschutz-Transistors geschlossen. Wird nun das Hochvoltnetz 3 von der Hochspannungsenergiequelle getrennt, so kann der Zwischenkreiskondensator C bei ungestörtem Betrieb des Niedervoltnetzes 4 mit Hilfe des Gleichspannungswandlers 5 in das Niedervoltnetz 4 entladen werden. Tritt dagegen auch im Niedervoltnetz 4 eine Störung in Form eines
Spannungseinbruches oder eines Kurzschlusses auf, so wird der Verpolschutz-
Transistor geöffnet und dadurch das Niedervoltnetz 4 von dem Gleichspannungswandler 5 und von dem Energieversorgungsnetz 7 getrennt. Der Zwischenkreiskondensator C kann nun über das Energieversorgungsnetz 7 in die Steuerschaltung 9 und ggf. in weitere an das Energieversorgungsnetz 7 angeschlossene Steuerschaltungen oder Verbraucher entladen werden. Eine Störung in Form eines Spannungseinbruches kann dabei z.B. dann diagnostiziert werden, wenn die Spannung des Niedervoltnetzes für eine vorgebbare
Zeitspanne unter einen Spannungsschwellwert fällt. Dabei kann der
Spannungsschwellwert auch in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern des Gesamtsystems vorgegeben sein.
Unmittelbar nach einem Systemstart ist der Zwischenkreiskondensator C zunächst nicht geladen. In diesem Fall wird der Pufferkondenstor 8 des
Energieversorgungsnetzes 7 über die zweite Diode 11 aus dem Niedervoltnetz 4 geladen und somit die Steuerschaltung 8 sowie ggf. weitere Steuerschaltungen und Verbraucher mit Energie versorgt.
Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Diese unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform lediglich dadurch, dass die beiden Dioden 10 und 11 durch ein zweites steuerbares Schaltelement 20 bzw. ein drittes steuerbares Schaltelement 21 , z.B. in Form von Transistoren, ersetzt sind. Auch diese Schaltelemente 20 und 21 dienen im Wesentlichen dazu, einen Energierückfluss aus dem Energieversorgungsnetz 7 in den
Gleichspannungswandler 5 bzw. in das Niedervoltnetz 4 zu verhindern. Die beiden Schaltelemente 20 und 21 übernehmen insofern eine diodenähnliche Funktion. Die Schaltelemente 20, 21 weisen aber einen sehr geringen
Durchlasswiderstand auf, was insbesondere zur Verlustreduzierung beiträgt.
Solange im Niedervoltnetz 4 keine Störung in Form eines Spannungseinbruchs oder eines Kurzschlusses vorliegt, sind das erste Schaltelement S (Verpolschutz- Transistor) und das zweite Schaltelement 20 geschlossen bzw. durchgeschaltet, wohingegen das dritte Schaltelement 21 geöffnet bzw. gesperrt ist. Tritt nun eine Störung im Niedervoltnetz 4 auf, so wird analog zur ersten Ausführungsform der Verpolschutz-Transistor geöffnet und auf diese Weise das Niedervoltnetz 4 von dem Gleichspannungswandler 5 und von dem Energieversorgungsnetz 7 getrennt. Eine Entladung des Zwischenkreiskondensators C ist dann in analoger
Form zur ersten Ausführungsform möglich. Zum Hochfahren des Systems bei entladenem Zwischenkreiskondensator C kann das zweite Schaltelement 20 geöffnet und das dritte Schaltelement 21 geschlossen werden, so dass der Pufferkondenstor 8 des Energieversorgungsnetzes 7 wiederum aus dem Niedervoltnetz 4 geladen und somit die Steuerschaltung 8 sowie ggf. weitere Steuerschaltungen und Verbraucher mit Energie versorgt werden können.
Das elektrische Bauelement in der Verbindungsleitung zwischen dem
Gleichspannungswandler 5 und dem Energieversorgungsnetz 7, also die Diode 10 bzw. das zweite steuerbare Schaltelement 20 dient insbesondere dem Schutz des Gleichspannungswandlers 5 im Falle eines Kurzschlusses am Ausgang des Gleichspannungswandlers 5. Insofern ist dieses Bauelement für die reine Notschnellentladung des Zwischenkreiskondensators C nicht erforderlich und kann auch entfallen. Figur 3 zeigt eine entsprechende dritte Ausführungsform. Dabei ist das Energieversorgungsnetz 7 analog zu ersten Ausführungsform über die zweite Diode 1 1 mit dem Niedervoltnetz 4 verbunden. Die dritte
Ausführungsform unterscheidet sich insofern nur dadurch von der in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsform, dass die erste Diode 10 entfallen ist. Selbstverständlich kann die zweite Diode 1 1 aber auch in diesem Fall durch ein steuerbares Schaltelement , analog zur zweiten Ausführungsform, ersetzt werden.
Neben den dargestellten Ausführungsformen sind selbstverständlich auch weitere schaltungstechnische Realisierungen denkbar. Entscheidend ist letztendlich nur, das Niedervoltnetz 4 im Fall von Störungen von dem
Energieversorgungsnetz 7 und von dem Gleichspannungswandler 5 abtrennbar ist und dass ein Energierückfluss von dem Energieversorgungsnetz 7 sicher verhindert wird.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Entladung eines Energiespeichers (C), insbesondere eines Zwischenkreiskondensators, in einem Hochvoltnetz (3), insbesondere einem Gleichspannungszwischenkreis in einem Kraftfahrzeug, mit
- einem dem Hochvoltnetz
(3) nachgeschalteten Gleichspannungswandler
(5),
- einem dem Gleichspannungswandler (5) nachgeschalteten Niedervoltnetz
(4),
- einem dem Gleichspannungswandler (5) nachgeschalteten und parallel zu dem Niedervoltnetz (4) geschalteten Energieversorgungsnetz (7) zur Energieversorgung einer Steuerschaltung (9) des
Gleichspannungswandlers (5) und
- einem ersten steuerbaren Schaltelement (S), welches in die
Verbindungsleitung zwischen dem Gleichspannungswandler (5) und dem Niedervoltnetz (4) geschaltet ist und durch welches bei einer Störung des Niedervoltnetzes (4) der Gleichspannungswandler (5) und das
Energieversorgungsnetz (7) von dem Niedervoltnetz (4) trennbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei das Energieversorgungsnetz (7) über ein erstes elektrisches Bauelement (10; 20), welches einen Rückfluss von Strom aus dem Energieversorgungsnetz (7) in den Gleichspannungswandler (5) verhindert, mit dem Gleichspannungswandler (5) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das erste elektrische Bauelement (10; 20) als Diode (10), insbesondere Schottky-Diode, oder zweites steuerbares Schaltelement (20) ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das
Energieversorgungsnetz (7) über ein zweites elektrisches Bauelement (1 1 ; 21), welches einen Rückfluss von Strom aus dem Energieversorgungsnetz (7) in das Niedervoltnetz (4) verhindert, mit dem Niedervoltnetz (4) verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das zweite elektrische Bauelement (1 1 ; 21) als Diode (11), insbesondere Schottky-Diode, oder als drittes steuerbares Schaltelement (21) ausgeführt ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste steuerbare Schaltelement (S) zusätzlich dem Verpolschutz dient.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Hochvoltnetz (3) über einen Wechselrichter (2), insbesondere
Pulswechselrichter, an eine elektrische Maschine (1) angeschlossen ist und das Energieversorgungsnetz (7) zur Energieversorgung einer
Steuerschaltung des Wechselrichters (2) dient.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Energieversorgungsnetz (7) zur Energieversorgung weiterer elektrischer Verbraucher dient.
9. Verfahren zur Entladung eines Energiespeichers (C), insbesondere eines Zwischenkreiskondensators, in einem Hochvoltnetz (3), insbesondere einem Gleichspannungszwischenkreis in einem Kraftfahrzeug, unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei bei einer Störung des Niedervoltnetzes (4) der Gleichspannungswandler (5) und das
Energieversorgungsnetz (7) von dem Niedervoltnetz (4) getrennt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Energieversorgungsnetz über ein drittes steuerbares Schaltelement (21) mit dem Niedervoltnetz (4) verbunden ist und das dritte steuerbare Schaltelement (21) zum Hochfahren des Systems bei fehlender Ladung des Energiespeichers geschlossen wird.
PCT/EP2011/074215 2011-02-08 2011-12-29 Vorrichtung und verfahren zur entladung eines energiespeichers in einem hochvoltnetz WO2012107145A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/984,064 US9948093B2 (en) 2011-02-08 2011-12-29 Device and method for discharging an energy accumulator in a high-voltage grid
CN201180066979.7A CN103347727B (zh) 2011-02-08 2011-12-29 用于使高压电网中的蓄能器放电的设备和方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011003764.0 2011-02-08
DE201110003764 DE102011003764A1 (de) 2011-02-08 2011-02-08 Vorrichtung und Verfahren zur Entladung eines Energiespeichers in einem Hochvoltnetz

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012107145A1 true WO2012107145A1 (de) 2012-08-16

Family

ID=45507679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/074215 WO2012107145A1 (de) 2011-02-08 2011-12-29 Vorrichtung und verfahren zur entladung eines energiespeichers in einem hochvoltnetz

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9948093B2 (de)
CN (1) CN103347727B (de)
DE (1) DE102011003764A1 (de)
WO (1) WO2012107145A1 (de)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012203071A1 (de) * 2012-02-29 2013-08-29 Zf Friedrichshafen Ag Schaltung für einen Hochvoltzwischenkreis, Hochvoltsystem und Verfahren zum Entladen eines Hochvoltzwischenkreises für ein Hochvoltsystem für ein Fahrzeug
DE102012219365A1 (de) * 2012-10-23 2014-04-24 Schmidhauser Ag Gleichspannungswandler
US9966790B2 (en) 2013-08-21 2018-05-08 University Of North Dakota Conformal body capacitors suitable for vehicles
CN105305404A (zh) * 2015-11-11 2016-02-03 西安交通大学 一种补偿直流电网电压损失的方法
DE102017205349A1 (de) * 2017-03-29 2018-10-04 Robert Bosch Gmbh Bordnetz
JP6554151B2 (ja) * 2017-08-31 2019-07-31 本田技研工業株式会社 車両の電源システム
JP6545230B2 (ja) * 2017-08-31 2019-07-17 本田技研工業株式会社 車両の電源システム
DE102018221989A1 (de) 2018-12-17 2020-06-18 Audi Ag Hochvoltbordnetzanordnung für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbordnetzanordnung
CN114079373A (zh) * 2020-08-21 2022-02-22 广汽埃安新能源汽车有限公司 车辆、车辆的主动放电电路及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004057693A1 (de) 2004-11-30 2006-06-01 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur schnellen Entladung eines Kondensators
DE102007047713A1 (de) 2007-10-05 2009-04-09 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Entladung des Hochspannungsnetzes
DE102008010978A1 (de) 2008-02-25 2009-08-27 Robert Bosch Gmbh Entladeschaltung für Hochspannungsnetze
DE102008010980A1 (de) * 2008-02-25 2009-08-27 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Entladen eines Hochspannungsnetzes
DE102008032317A1 (de) * 2008-07-09 2009-12-17 Siemens Aktiengesellschaft Stromversorgung für die Steuerelektronik eines Umrichters
DE102008061585A1 (de) * 2008-12-11 2010-06-17 Conti Temic Microelectronic Gmbh Fahrzeug mit Versorgungseinrichtung eines Elektromotors und Verfahren zur Stromversorgung des Elektromotors

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6794836B2 (en) * 2001-02-06 2004-09-21 Invacare Corporation Electric motor drive controller with voltage control circuit operative in different modes
TW513834B (en) * 2001-03-30 2002-12-11 Delta Electronics Inc Failure protection device of parallel type power supply
JP3776348B2 (ja) * 2001-12-10 2006-05-17 本田技研工業株式会社 車両用電源装置
JP4622884B2 (ja) * 2006-02-06 2011-02-02 トヨタ自動車株式会社 電動機駆動装置およびそれを備えたハイブリッド自動車ならびに電力変換装置の停止制御方法
US8026698B2 (en) * 2006-02-09 2011-09-27 Scheucher Karl F Scalable intelligent power supply system and method
JP4305462B2 (ja) * 2006-03-09 2009-07-29 トヨタ自動車株式会社 車両駆動用電源システム
GB2456784A (en) * 2008-01-23 2009-07-29 Gm Global Tech Operations Inc Glow plug control unit and method for controlling the temperature in a glow plug
WO2010131340A1 (ja) * 2009-05-13 2010-11-18 トヨタ自動車株式会社 車両の電力変換装置およびそれを搭載する車両
WO2010145230A1 (en) * 2009-06-15 2010-12-23 Hak Hon Chau Fault tolerant modular battery management system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004057693A1 (de) 2004-11-30 2006-06-01 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur schnellen Entladung eines Kondensators
DE102007047713A1 (de) 2007-10-05 2009-04-09 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Entladung des Hochspannungsnetzes
DE102008010978A1 (de) 2008-02-25 2009-08-27 Robert Bosch Gmbh Entladeschaltung für Hochspannungsnetze
DE102008010980A1 (de) * 2008-02-25 2009-08-27 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Entladen eines Hochspannungsnetzes
DE102008032317A1 (de) * 2008-07-09 2009-12-17 Siemens Aktiengesellschaft Stromversorgung für die Steuerelektronik eines Umrichters
DE102008061585A1 (de) * 2008-12-11 2010-06-17 Conti Temic Microelectronic Gmbh Fahrzeug mit Versorgungseinrichtung eines Elektromotors und Verfahren zur Stromversorgung des Elektromotors

Also Published As

Publication number Publication date
US9948093B2 (en) 2018-04-17
US20130320755A1 (en) 2013-12-05
DE102011003764A1 (de) 2012-08-09
CN103347727A (zh) 2013-10-09
CN103347727B (zh) 2015-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3479455B1 (de) Energiespeichereinrichtung für einen kraftwagen
EP2516197B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur entladung eines energiespeichers in einem hochspannungsnetz
WO2012107145A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur entladung eines energiespeichers in einem hochvoltnetz
EP2501588B1 (de) Bordnetz und verfahren und vorrichtung zum betreiben des bordnetzes
EP2805396B1 (de) Bordnetz
DE102011109709B4 (de) Verfahren und System zur Spannungsversorgung eines Bordnetzes eines Fahrzeugs
EP2480426B1 (de) Wechselrichter für eine elektrische maschine und verfahren zum betreiben eines wechselrichters für eine elektrische maschine
EP3320204B1 (de) Integration von starterstromsteuerung und bordnetztrennschalter
DE102013013369A1 (de) Elektronische Sicherheitsabschaltung für Kraftfahrzeuge
DE102014219133A1 (de) Bordnetz
EP2615297B1 (de) Kraftfahrzeugbordnetz und Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugbordnetzes
WO2014079603A2 (de) Elektrische schaltungsanordnung für ein elektrisch angetriebenes fahrzeug, fahrzeug und entsprechendes verfahren
WO2011095624A1 (de) Schaltung zum verbinden eines zuschaltbaren elektrischen systems und eines elektrischen netzes eines fahrzeuges
DE102016101081A1 (de) Bordnetz für ein Fahrzeug
EP2553257B1 (de) Bordnetz für ein fahrzeug sowie steuervorrichtung zum steuern eines stromflusses in einem bordnetz eines fahrzeugs
WO2011045188A2 (de) Energiespeicher-system zur elektrischen energieversorgung von verbrauchern in einem fahrzeug
DE102015008005B4 (de) Notlaufbetrieb für ein Kraftfahrzeug mit zwei Bordnetzen
EP2553789B1 (de) Bordnetz für ein fahrzeug sowie steuervorrichtung zur spannungsstabilisierung für ein bordnetz
DE102018210979B4 (de) Mehrspannungsbatterievorrichtung und Mehrspannungsbordnetz für ein Kraftfahrzeug
EP3316432B1 (de) Stromversorgungsanordnung mit einer schnittstelle zum betreiben eines mehrspannungssystems
DE102012208349A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen der Ladezustände von Batteriemodulen einer Batterie
DE102021101600A1 (de) Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betrieb eines Bordnetzes
DE102010021402A1 (de) Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Verbrauchers
DE102007043919A1 (de) Lade- und Trennschaltung
EP2493052A1 (de) Spannungsstabilisierungseinrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11810852

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13984064

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11810852

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1